r646: Reworked EZPlotDialog compilation
[ctsim.git] / libctsim / projections.cpp
index 43e511f1b469bd09e3d2e42cfe7424e8e73750d0..e5c79e7364f67a15a0a1ec5ce4b08f01ed0d2df7 100644 (file)
@@ -8,7 +8,7 @@
 **  This is part of the CTSim program
 **  Copyright (c) 1983-2001 Kevin Rosenberg
 **
-**  $Id: projections.cpp,v 1.64 2001/03/13 09:25:18 kevin Exp $
+**  $Id: projections.cpp,v 1.72 2001/03/29 21:25:49 kevin Exp $
 **
 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
@@ -50,6 +50,7 @@ const char* const Projections::s_aszInterpTitle[] =
 const int Projections::s_iInterpCount = sizeof(s_aszInterpName) / sizeof(char*);
 
 
+
 /* NAME
 *    Projections               Constructor for projections matrix storage 
 *
@@ -697,20 +698,21 @@ Projections::convertPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID)
   double** ppdView = adView.getArray();
   double** ppdDet = adDet.getArray();
 
-  if (! pProj->calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet)) 
-    return false;
-
-  std::complex<double>** ppcDetValue = new std::complex<double>* [m_nView];
+  std::complex<double>** ppcDetValue = new std::complex<double>* [pProj->m_nView];
   unsigned int iView;
-  for (iView = 0; iView < m_nView; iView++) {
-    ppcDetValue[iView] = new std::complex<double> [m_nDet];
-    for (unsigned int iDet = 0; iDet < m_nDet; iDet++)
-      ppcDetValue[iView][iDet] = std::complex<double>(pProj->getDetectorArray (iView).detValues()[iDet], 0);
+  for (iView = 0; iView < pProj->m_nView; iView++) {
+    ppcDetValue[iView] = new std::complex<double> [pProj->m_nDet];
+    DetectorValue* detval = pProj->getDetectorArray (iView).detValues();
+    for (unsigned int iDet = 0; iDet < pProj->m_nDet; iDet++)
+      ppcDetValue[iView][iDet] = std::complex<double>(detval[iDet], 0);
   }
 
-  pProj->interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, pProj->m_nView, pProj->m_nDet, iInterpolationID);
+  pProj->calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet, pProj->m_nDet, 1., pProj->m_detInc);
 
-  for (iView = 0; iView < m_nView; iView++)
+  pProj->interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, pProj->m_nView, pProj->m_nDet, 
+    pProj->m_nDet, iInterpolationID);
+
+  for (iView = 0; iView < pProj->m_nView; iView++)
     delete [] ppcDetValue[iView];
   delete [] ppcDetValue;
 
@@ -724,6 +726,10 @@ Projections::convertPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID)
 bool 
 Projections::convertFFTPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID, int iZeropad)
 {
+#ifndef HAVE_FFTW
+  rIF.arrayDataClear();
+  return false;
+#else
   unsigned int nx = rIF.nx();
   unsigned int ny = rIF.ny();
   ImageFileArray v = rIF.getArray();
@@ -738,63 +744,95 @@ Projections::convertFFTPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID, int iZeropad
     sys_error (ERR_WARNING, "convertFFTPolar supports Parallel only");
     return false;
   }
-  
-#ifndef HAVE_FFT
-  return false;
-#else
-  Array2d<double> adView (nx, ny);
-  Array2d<double> adDet (nx, ny);
-  double** ppdView = adView.getArray();
-  double** ppdDet = adDet.getArray();
 
+  int iInterpDet = nx;
+  int iNumInterpDetWithZeros = ProcessSignal::addZeropadFactor (iInterpDet, iZeropad);
+
+  double dZeropadRatio = static_cast<double>(iNumInterpDetWithZeros) / static_cast<double>(iInterpDet);
+
+  fftw_plan plan = fftw_create_plan (iNumInterpDetWithZeros, FFTW_FORWARD, FFTW_IN_PLACE | FFTW_ESTIMATE | FFTW_USE_WISDOM);
+
+  fftw_complex* pcIn = new fftw_complex [iNumInterpDetWithZeros];
   std::complex<double>** ppcDetValue = new std::complex<double>* [m_nView];
-  unsigned int iView;
-  double* pdDet = new double [m_nDet];
-  fftw_complex* pcIn = new fftw_complex [m_nDet];
-  fftw_plan plan = fftw_create_plan (m_nDet, FFTW_FORWARD, FFTW_IN_PLACE);
-
-  for (iView = 0; iView < m_nView; iView++) {
-    unsigned int iDet;
-    for (iDet = 0; iDet < m_nDet; iDet++) {
-      pcIn[iDet].re = getDetectorArray(iView).detValues()[iDet];
+  double dInterpScale = (m_nDet-1) / static_cast<double>(iInterpDet-1) / SQRT2;
+  
+  double dFFTScale = 1. / static_cast<double>(iInterpDet * iInterpDet);
+  int iMidPoint = iInterpDet / 2;
+  double dMidPoint = static_cast<double>(iInterpDet) / 2.;
+  int iZerosAdded = iNumInterpDetWithZeros - iInterpDet;
+  for (unsigned int iView = 0; iView < m_nView; iView++) {
+    DetectorValue* detval = getDetectorArray(iView).detValues();
+    LinearInterpolator<DetectorValue> projInterp (detval, m_nDet);
+    for (unsigned int iDet = 0; iDet < iInterpDet; iDet++) {
+      double dInterpPos = (m_nDet / 2.) + (iDet - dMidPoint) * dInterpScale;
+      pcIn[iDet].re = projInterp.interpolate (dInterpPos) * dInterpScale;
       pcIn[iDet].im = 0;
     }
+    Fourier::shuffleFourierToNaturalOrder (pcIn, iInterpDet);
+    if (iZerosAdded > 0) {
+      for (unsigned int iDet1 = iMidPoint; iDet1 < iInterpDet; iDet1++)
+        pcIn[iDet1+iZerosAdded] = pcIn[iDet1];
+      for (unsigned int iDet2 = iMidPoint; iDet2 < iMidPoint + iZerosAdded; iDet2++) 
+        pcIn[iDet2].re = pcIn[iDet2].im = 0;
+    }
+
     fftw_one (plan, pcIn, NULL);
-    ppcDetValue[iView] = new std::complex<double> [m_nDet];
-    for (iDet = 0; iDet < m_nDet; iDet++)
-      ppcDetValue[iView][iDet] = std::complex<double> (pcIn[iDet].re, pcIn[iDet].im); 
-    Fourier::shuffleFourierToNaturalOrder (ppcDetValue[iView], m_nDet);
+
+    ppcDetValue[iView] = new std::complex<double> [iNumInterpDetWithZeros];
+    for (unsigned int iD = 0; iD < iNumInterpDetWithZeros; iD++) {
+      ppcDetValue[iView][iD] = std::complex<double> (pcIn[iD].re * dFFTScale, pcIn[iD].im * dFFTScale); 
+    }
+
+    Fourier::shuffleFourierToNaturalOrder (ppcDetValue[iView], iNumInterpDetWithZeros);
   }
+  delete [] pcIn;
 
   fftw_destroy_plan (plan);  
-  delete [] pcIn;
   
-  bool bError = calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet);
+  Array2d<double> adView (nx, ny);
+  Array2d<double> adDet (nx, ny);
+  double** ppdView = adView.getArray();
+  double** ppdDet = adDet.getArray();
+  calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet, iNumInterpDetWithZeros, dZeropadRatio, 
+    m_detInc * dInterpScale);
 
-  if (! bError)
-    interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, m_nView, m_nDet, iInterpolationID);
+  interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, m_nView, m_nDet, iNumInterpDetWithZeros,
+    iInterpolationID);
 
-  for (iView = 0; iView < m_nView; iView++)
-    delete [] ppcDetValue[iView];
+  for (int i = 0; i < m_nView; i++)
+    delete [] ppcDetValue[i];
   delete [] ppcDetValue;
 
-  return bError;
+  return true;
 #endif
 }
 
 
-bool
-Projections::calcArrayPolarCoordinates (unsigned int nx, unsigned int ny, double** ppdView, double** ppdDet)
+void
+Projections::calcArrayPolarCoordinates (unsigned int nx, unsigned int ny, double** ppdView, double** ppdDet,
+                                        int iNumDetWithZeros, double dZeropadRatio, double dDetInc)
 {
-  double xMin = -phmLen() / 2;
-  double xMax = xMin + phmLen();
-  double yMin = -phmLen() / 2;
-  double yMax = yMin + phmLen();
-  
+//  double dLength = viewDiameter();
+  double dLength = phmLen();
+  double xMin = -dLength / 2;
+  double xMax = xMin + dLength;
+  double yMin = -dLength / 2;
+  double yMax = yMin + dLength;
+  double xCent = (xMin + xMax) / 2;
+  double yCent = (yMin + yMax) / 2;
+
+  xMin = (xMin - xCent) * dZeropadRatio + xCent;
+  xMax = (xMax - xCent) * dZeropadRatio + xCent;
+  yMin = (yMin - yCent) * dZeropadRatio + yCent;
+  yMax = (yMax - yCent) * dZeropadRatio + yCent;
+
   double xInc = (xMax - xMin) / nx;    // size of cells
   double yInc = (yMax - yMin) / ny;
-  
-  int iDetCenter = (m_nDet - 1) / 2;   // index refering to L=0 projection 
+
+  // +1 is correct for frequency data, ndet-1 is correct for projections
+  int iDetCenter = (iNumDetWithZeros - 1) / 2; // index refering to L=0 projection 
+  if (isEven (iNumDetWithZeros))
+    iDetCenter = (iNumDetWithZeros + 1) / 2;   
 
   // Calculates polar coordinates (view#, det#) for each point on phantom grid
   double x = xMin + xInc / 2;  // Rectang coords of center of pixel 
@@ -804,84 +842,61 @@ Projections::calcArrayPolarCoordinates (unsigned int nx, unsigned int ny, double
       double r = ::sqrt (x * x + y * y);
       double phi = atan2 (y, x);
 
+      if (phi < 0)
+        phi += TWOPI;
       if (phi >= PI) {
         phi -= PI;
-      } else if (phi < 0) {
-        phi += PI;
-      } else
         r = -r;
+      }
       
       ppdView[ix][iy] = (phi - m_rotStart) / m_rotInc;
-      ppdDet[ix][iy] = (r / m_detInc) + iDetCenter;
+      ppdDet[ix][iy] = (r / dDetInc) + iDetCenter;
     }
   }
-
-  return true;
 }
 
 void
 Projections::interpolatePolar (ImageFileArray& v, ImageFileArray& vImag,
-     unsigned int nx, unsigned int ny, std::complex<double>** ppcDetValue,
-     double** ppdView, double** ppdDet, unsigned int nView, unsigned int nDet, int iInterpolationID)
+     unsigned int nx, unsigned int ny, std::complex<double>** ppcDetValue, double** ppdView, 
+     double** ppdDet, unsigned int nView, unsigned int nDet, unsigned int nDetWithZeros, int iInterpolationID)
 {
+  typedef std::complex<double> complexValue;
+
+  BilinearInterpolator<complexValue>* pBilinear;  
+  if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_BILINEAR)
+    pBilinear = new BilinearInterpolator<complexValue> (ppcDetValue, nView, nDetWithZeros);
+
+  BicubicPolyInterpolator<complexValue>* pBicubic;  
+  if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_BICUBIC)
+    pBicubic = new BicubicPolyInterpolator<complexValue> (ppcDetValue, nView, nDetWithZeros);
+
   for (unsigned int ix = 0; ix < ny; ix++) {
     for (unsigned int iy = 0; iy < ny; iy++) {
+
       if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_NEAREST) {
         unsigned int iView = nearest<int> (ppdView[ix][iy]);
         unsigned int iDet = nearest<int> (ppdDet[ix][iy]);
         if (iView == nView) {
           iView = 0;
-       //   iDet = m_nDet - iDet;
+          iDet = m_nDet - iDet;
         }
-        if (iDet >= 0 && iDet < nDet && iView >= 0 && iView < nView) {
+        if (iDet >= 0 && iDet < nDetWithZeros && iView >= 0 && iView < nView) {
           v[ix][iy] = ppcDetValue[iView][iDet].real();
           if (vImag)
             vImag[ix][iy] = ppcDetValue[iView][iDet].imag();
-        } else {
-          sys_error (ERR_SEVERE, "Can't find projection data for ix=%d,iy=%d with radView=%f and radDet=%f", 
-            ix, iy, ppdView[ix][iy], ppdDet[ix][iy]);
+        } else
           v[ix][iy] = 0;
-        }
+
       } else if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_BILINEAR) {
-        unsigned int iFloorView = static_cast<int>(ppdView[ix][iy]);
-        double dFracView = ppdView[ix][iy] - iFloorView;
-        unsigned int iFloorDet = static_cast<int>(ppdDet[ix][iy]);
-        double dFracDet = ppdDet[ix][iy] - iFloorDet;
-
-        if (iFloorDet >= 0 && iFloorView >= 0) { 
-          std::complex<double> v1 = ppcDetValue[iFloorView][iFloorDet];
-          std::complex<double> v2, v3, v4;
-          if (iFloorView < nView - 1)
-            v2 = ppcDetValue[iFloorView + 1][iFloorDet];
-          else 
-            v2 = ppcDetValue[0][iFloorDet];
-          if (iFloorDet < nDet - 1) 
-            v4 = ppcDetValue[iFloorView][iFloorDet+1];
-          else
-            v4 = v1;
-          if (iFloorView < nView - 1 && iFloorDet < nDet - 1)
-            v3 = ppcDetValue [iFloorView+1][iFloorDet+1];
-          else if (iFloorView < nView - 1)
-            v3 = v2;
-          else 
-            v3 = ppcDetValue[0][iFloorDet+1];
-          std::complex<double> vInterp = (1 - dFracView) * (1 - dFracDet) * v1 +
-            dFracView * (1 - dFracDet) * v2 + dFracView * dFracDet * v3 +
-            dFracDet * (1 - dFracView) * v4;
-          v[ix][iy] = vInterp.real();
-          if (vImag)
-            vImag[ix][iy] = vInterp.imag();
-        } else {
-          sys_error (ERR_SEVERE, "Can't find projection data for ix=%d,iy=%d with radView=%f and radDet=%f", 
-            ix, iy, ppdView[ix][iy], ppdDet[ix][iy]);
-          v[ix][iy] = 0;
-          if (vImag)
-            vImag[ix][iy] = 0;
-        }
+        std::complex<double> vInterp = pBilinear->interpolate (ppdView[ix][iy], ppdDet[ix][iy]);
+        v[ix][iy] = vInterp.real();
+        if (vImag)
+          vImag[ix][iy] = vInterp.imag();
       } else if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_BICUBIC) {
-        v[ix][iy] =0;
-          if (vImag)
-            vImag[ix][iy] = 0;
+        std::complex<double> vInterp = pBicubic->interpolate (ppdView[ix][iy], ppdDet[ix][iy]);
+        v[ix][iy] = vInterp.real();
+        if (vImag)
+          vImag[ix][iy] = vInterp.imag();
       }
     }
   }
@@ -985,7 +1000,7 @@ Projections::interpolateToParallel () const
 #endif
   pProjNew->m_detStart = -m_dViewDiameter / 2;
   pProjNew->m_detInc = m_dViewDiameter / nDet;
-  if (nDet % 2 == 0) // even
+  if (isEven (nDet)) // even
     pProjNew->m_detInc = m_dViewDiameter / (nDet - 1);
 
   ParallelRaysums parallel (this, ParallelRaysums::THETA_RANGE_NORMALIZE_TO_TWOPI);
@@ -996,14 +1011,14 @@ Projections::interpolateToParallel () const
   // interpolate to evenly spaced theta (views)
   double dDetPos = pProjNew->m_detStart;
   for (int iD = 0; iD < pProjNew->nDet(); iD++, dDetPos += pProjNew->m_detInc) {
-    parallel.getThetaAndRaysumsForT (iD, pdThetaValuesForT, pdRaysumsForT);
+      parallel.getThetaAndRaysumsForT (iD, pdThetaValuesForT, pdRaysumsForT);
 
     double dViewAngle = m_rotStart;
     int iLastFloor = -1;
     for (int iV = 0; iV < pProjNew->nView(); iV++, dViewAngle += pProjNew->m_rotInc) {
       DetectorValue* detValues = pProjNew->getDetectorArray (iV).detValues();
-
-      detValues[iD] = parallel.interpolate (pdThetaValuesForT, pdRaysumsForT, pProjNew->nView(), dViewAngle, &iLastFloor);
+      LinearInterpolator<double> interp (pdThetaValuesForT, pdRaysumsForT, pProjNew->nView(), false);
+      detValues[iD] = interp.interpolate (dViewAngle, &iLastFloor);
     }
   }
   delete pdThetaValuesForT;
@@ -1021,13 +1036,13 @@ Projections::interpolateToParallel () const
     detArray.setViewAngle (dViewAngle);
 
     for (int i = 0; i < pProjNew->nDet(); i++)
-      pdDetValueCopy[i] = detValues[i];
+      pdDetValueCopy[i] =   detValues[i];
 
     double dDetPos = pProjNew->m_detStart;
     int iLastFloor = -1;
-    for (int iD = 0; iD < pProjNew->nDet(); iD++, dDetPos += pProjNew->m_detInc) {
-      detValues[iD] = parallel.interpolate (pdOriginalDetPositions, pdDetValueCopy, pProjNew->nDet(), dDetPos, &iLastFloor);
-    }
+    LinearInterpolator<double> interp (pdOriginalDetPositions, pdDetValueCopy, pProjNew->nDet(), false);
+    for (int iD = 0; iD < pProjNew->nDet(); iD++, dDetPos += pProjNew->m_detInc)
+      detValues[iD] = interp.interpolate (dDetPos, &iLastFloor);
   }
   delete pdDetValueCopy;
   delete pdOriginalDetPositions;
@@ -1175,36 +1190,3 @@ ParallelRaysums::getDetPositions (double* pdDetPos)
     iPos += m_iNumView;
   }
 }
-
-// locate by bisection, O(log2(n))
-// iLastFloor is used when sequential calls to interpolate have monotonically increasing dX
-double
-ParallelRaysums::interpolate (double* pdX, double* pdY, int n, double dX, int* iLastFloor)
-{
-  int iLower = -1;
-  int iUpper = n;
-  if (iLastFloor && *iLastFloor >= 0 && pdX[*iLastFloor] < dX)
-    iLower = *iLastFloor;
-
-  while (iUpper - iLower > 1) {
-    int iMiddle = (iUpper + iLower) >> 1;
-    if (dX >= pdX[iMiddle])
-      iLower = iMiddle;
-    else
-      iUpper = iMiddle;
-  }
-  if (dX <= pdX[0])
-    return pdY[0];
-  else if (dX >= pdX[n-1])
-    return pdY[1];
-
-  if (iLower < 0 || iLower >= n) {
-    sys_error (ERR_SEVERE, "Coordinate out of range [locateThetaBase]");
-    return 0;
-  }
-
-  if (iLastFloor)
-    *iLastFloor = iLower;
-  return pdY[iLower] + (pdY[iUpper] - pdY[iLower]) * ((dX - pdX[iLower]) / (pdX[iUpper] - pdX[iLower]));
-}
-